المطر(Rain)

يختلف تركيب المطر الكيميائي اختلافاً كبيراً تبعاً للموقع الجغرافي ولتأثير السيرورات الطبيعية وتلك التي من صنع البشر في جو ذلك الموقع. وقد أكدنا دور مركبات النتروجين والكبريت في تحديد حموضة المطر في عدة مناطق. وتوجد عناصر أخرى (ومنها (المعادن في المطر بكميات ضئيلة تبعاً للموقع أيضاً. وتأتي هذه المكونات الضئيلة الأثر من التربة ومن جسيمات غبار أخرى يتكاثف الماء عليها لتكوين قطيرات الغيم. وتعتمد قابلية انحلال المعادن الآتية من تلك المصادر على طبيعة المعدن وعلى الصيغة الأصلية التي وُجد بها. فالمعادن ذات الحاضنة المعدنية السليكاتية لا تنحل بالماء البتة تقريباً. ومع أن جسيمات الحديد (III) وأكسيد الألمنيوم المائي (ذات المنشأ الترابي أيضاً) التي لا تنحل في الماء توجد في قُطيرات الماء، فإنها تعمل كالمنظفات بمراكمة الأجناس الكيميائية المختلفة على سطوحها. لذا يمكن للمقادير الكبيرة من هذه الجسيمات الصلبة أن تمنع انحلال المعادن الأخرى. أما عامل حموضة المطر فهو عامل آخر يحدد قابلية انحلال المعادن التي يصبح معظمها أكثر قابلية للانحلال في الماء حين ازدياد حموضته.

الضباب(Fog)

على غرار المطر، تحتوي قطيرات الماء في الضباب والسديم (fog) على أجناس كيميائية متراكمة في الغلاف الجوي. ويشابه تركيب القُطيرات هنا تركيب ماء المطر، إلا أن تراكيز المكونات تميل إلى أن تكون أعلى في الضباب بسبب قربه من سطح الأرض حيث تكون مستويات الغازات والأجناس الملوثة الأخرى أعلى عادة. وأحد أكثر أمكنة العالم ضباباً هو خليج فندي على الساحل الشرقي لكندا بين نوفا سكوتيا ونيوبرنيويك. ففي أثناء فصل الصيف، من شهر أبريل (نيسان) حتى شهر أكتوبر (تشرين الأول)، يتدفق هواء دافئ إلى الخليج من الجنوب. ولدى مرور الهواء فوق ماء المحيط البارد، يبرد ويتكاثف مكوناً ضباباً كثيفاً على نحو متكرر. ويغطي الضباب في هذا الفصل المناطق القريبة من الخليج مدة تساوي 2-12-30 من الوقت، ويستمر وجوده في بعض الأحيان مدة 3-5 أيام.

وثمة قلق أيضاً من أن أشجار البتولا التي تنمو في غابات مجاورة للخليج يمكن أن تتأذى من التعرض الطويل إلى الضباب الحمضي. وقد أُجري في إحدى الدراسات تحليل لتركيب الضباب على طول مسار في البر يمتد 37.5 كيلو متر بعيداً عن الشاطئ، ويُبيِّن الجدول 3.5 التراكيز الوسطية الموزونة حجمياً خلال فصل الزراعة في عام 1987) للمكونات الرئيسية في خمسة مواقع من ذلك المسار.

تزيد هذه التراكيز الوسطى على تلك التي قيست في كثير من عينات المطر (الجدول 1.5). وبتعقب اتجاه تغير القيم ابتداء من الشاطئ باتجاه الداخل، وُجد أن تراكيز معظم الأيونات المنحلة تتزايد باستمرار، وقد عُزي ذلك إلى تبخر المذيب المائي. وكان التزايد أعظميا في حالة أيونات الهدروجين والكبريتات، وقد يكون هذا مؤشراً إلى الأكسدة السريعة غير المتجانسة لثاني أكسيد الكبريت المنحل في المعلقات المائية في أثناء المدة التي يستغرقها الضباب في الابتعاد عن مياه المحيط. أما المؤكسد فقد يكون الأوزون أو فوق أكسيد الألكيل، وكلاهما يتكونان بتفاعلات تتضمن انبعاثات هدروكربونية من الغابات.

الثلج(Snow)

يجب استقصاء كيمياء الثلج من ناحيتين أولاهما هي طبيعة المتساقطات الثلجية، أي تركيبها حين توضعها على سطح الأرض. ثانياً، ونظراً إلى أن الثلج يبقى على الأرض مدة طويلة غالباً، يكون عرضة لمزيد من المتساقطات من الجو بسيرورات توضع مبلولة وجافة. لذا علينا النظر في كيمياء الركام الثلجي أيضاً.

يتضمن الجدول 4.5 تراكيز أجناس الأيونات في ثلج حديث التساقط في القارة المتجمدة الجنوبية وفي سكوتلندا. وتشير القيم الشديدة الانخفاض، التي وُجدت في عينات القارة الجنوبية، إلى أن موقع مصادر تلك الأيونات بعيد عن الأنشطة البشرية. وفي كلتا الحالتين، وفيما يخص العينات القريبة نسبياً بعضاً من بعض، لوحظ اختلاف كبير في التراكيز برغم عدم وجود مؤثّرات محلية واضحة يمكن أن تؤثّر في النتائج. ويشير عدم التجانس إلى معدلات كنس جوي مختلفة للأيونات زمنياً ومكانياً، وإلى حركة جانبية للثلج بسبب الريح. وفي أماكن أخرى على الأرض، يوجد حتى مزيد من التباين في التركيب الكيميائي لعينات الثلج.

ويتعرض الثلج المتبقي على الأرض من فصل الشتاء إلى تغيرات كيميائية بسبب ما يتوضع عليه من مواد جافة ومبلولة من مصادر بشرية أو صناعية، إضافة إلى المخلفات العضوية الطبيعية الهامة خاصة في مناطق الغابات. وتسهم المواد الإضافية المتوضعة في التباينات الكيميائية والفيزيائية من مكان إلى آخر، ولعل ما هو أهم من ذلك هو أنها يمكن أن تؤثّر في سيرورات الذوبان وفي طبيعة الماء الناجم عن الذوبان.

 (1) أتت نتائج القطب الجنوبي من 14 عينة من الثلج السطحي أخذت من مسار يمتد إلى الداخل بعمق بين 100 و 430 كيلو متراً في منطقة ترادلي (Terre Adelie). البيانات مقتبسة من:

M. Legrand and R. J. Delmas, "Spatial and Temporal Variations of Snow Chemistry in Terre Adelie (East Antarctica)," Annals of Glaciology, vol. 7 (1985), pp. 20-25.

(ب) تقوم البيانات المحدودة الخاصة بسكوتلندا على 15 عينة أُخذت من مسار طوله 700 متر. البيانات

مقتبسة من:

P. Brimblecombe [et al.], "Relocation and Preferential Elution of Acidic Solute through the Snowpack of a Small, Remote, High-altitude Scottish Catchment," Annals of Glaciology, vol. 7 (1985), pp. 141-147.

(ج) عند 5.82=pH (4) عند 3.55=pH.

وإلى جانب التراكمات الأخرى التي تحصل في أثناء فصل الشتاء، يخضع الثلج إلى تبدلات شكلية تندمج فيها الجسيمات المنفصلة وتعيد تبلورها في حبيبات أكبر. وباعتبار الأيونات المنحلة جزءاً من السيرورة، تُستبعد جزئياً من شبكة بلورة الجليد وتنزع إلى الهجرة إلى سطح البلورة. ومن الشائع في الشتاء أيضاً أن تكون ثمة أوقات للذوبان الجزئي للركام الثلجي بسبب ارتفاع درجات الحرارة والتعرض إلى أشعة الشمس القوية. في أثناء تلك الأوقات، تلتقي كتل الجليد التي في قيد الذوبان بشوائب السطح وتحلُّها في مياه الذوبان مخلّفة تراكيز مخفضة في الثلج المتبقي. ويمكن لهذه الأحداث أن تحصل عدة مرات قبل حصول الذوبان التام في انتهاء فصل الربيع. ويتناقص المقدار الكلي للمواد المتوفرة للانحلال مع تقدم الشتاء، لكن في أثناء كل حدث تتكون سيالة ابتدائية من محلول عالي التركيز. وفيما يخص أيونات المتساقطات الرئيسية السالبة، يحصل تنظيف كيميائي بمذيب تفضيلي بالترتيب التالي : كبريتات < نترات > كلور. هذا أن ماء الذوبان المبكّر يكون غنياً بالكبريتات. ويخلو الركام الثلجي عموماً من يصبح غنياً بالكلور نسبياً، ويذهب هذا الكلور فيما بعد مع المياه الناتجة من يعني الأيونات، لكنه الذوبان النهائي للثلج.

 D. S. Snowpack, “Storage of Pollutants, Release during Melting, and Impact on Receiving Waters," in: S.A. Norton, S. E.2 Lindberg, and A. L. Page, eds., Acidic Precipitation, Advances in Environmental Science, 5 vols. (New York: Springer- Verlag, 1989-1990), vol. 4: Soils, Aquatic Processes, and Lake Acidification.

يعني اجتماع الأجناس العضوية وغير العضوية المضافة إلى الركام الثلجي بالتوضع المبلول والجاف، وإزالة الأجناس الكيميائية بالذوبان في منتصف الشتاء، أن كيمياء الركام الثلجي تتغير حتماً خلال الفصل. وتتغيَّر تراكيز الأجناس المختلفة في الثلج، زيادة أو نقصاناً، تبعاً لتغير الموقع ومناخ الشتاء.

في أجزاء أخرى من الكتاب (الفصلان الحادي عشر والثامن عشر)، سوف نناقش مقدرة الماء والتربة على تعديل الحموضة. فعندما تحصل زيادة الحموضة ببطء وعلى نحو مستمر على مدى مدة طويلة من الزمن، وتبعاً لطبيعة التربة، يمكن تعديل تلك الحموضة. إلا أن الظهور المفاجئ للحموض في البيئة المائية أو على اليابسة يمكن أن يؤدي إلى ظاهرة تسمى الصدمة الحمضية acid) shock وهي عبارة تعني أن سيل ماء غزير يمر فوق التربة وضمنها حين حصول الذوبان الربيعي ونظرا إلى كون الوقت المتاح للتماس مع التربة محدوداً ، يبقى جزء كبير من الأيونات المنحلة في ماء السيل دون تفاعل، وينتهي مباشرة إلى المياه السطحية أو الجوفية. صحيح أن ماء الذوبان قد لا يحتوي حينئذ على تراكيز عالية لبعض الأجناس بالقدر الذي كان موجوداً في ذوبانات سابقة، إلا أن الماء الهائل يضمن استقبال التربة والأنهار والبحيرات لمقادير كبيرة من الأيونات الموجبة ومنها أيون الهدرونيوم) والأيونات السالبة والأجناس العضوية. ويمكن أن يكون للسيالة المفاجئة مفعول كبير في الماء والتربة وجميع الأحياء في المنطقة.

النقطة الرئيسية 5.5 توجد أجناس كيميائية متنوعة بتراكيز صغيرة في المطر والثلج والضباب. ويأتي معظم هذه الأجناس من مصدر طبيعي، إلا أن مفاعيل الأنشطة البشرية  في بعض البيئات المحلية يمكن أن تساعد على تكون تلك الأجناس.